切换特定位

所以我已经看到了诸如在ith positon稍微切换一下的问题以及如何设置，清除和切换一个位？ ，但我想知道是否有一个很好的方法在x86-64汇编中切换第i个位置？

我尝试用C语言编写并查看程序集，并不完全明白为什么有些东西存在。

C：

unsigned long toggle(unsigned long num, unsigned long bit) { num ^= 1 << bit; return num; } int main() { printf("%ld\n", toggle(100, 60)); return 0; } 

从GDB切换function组件：

  push rbp mov rbp, rsp mov QWORD PTR [rbp-0x8],rdi mov QWORD PTR [rbp-0x10],rsi mov rax, QWORD PTR [rbp-0x10] mov edx, 0x1 mov ecx, eax shl edx, cl mov eax, edx cdqe xor QWORD PTR [rbp-0x8],rax mov rax, QWORD PTR [rbp-0x8] pop rbp ret 

有人可以告诉我assembly级别的内容，以便我能更好地理解这一点，并在x86-64中编写自己的切换function吗？

Answer 1

我想知道在x86-64汇编中是否有一个很好的方法可以在第i个位置切换一下？

是的， x86的BTC （位测试和补充）指令正是如此 （以及将CF设置为该位的旧值），并在所有现代CPU上高效运行。

• Intel SnB系列：1 uop，1c延迟，每时钟吞吐量2。 （Nehalem和更早：每个时钟1个）
• Silvermont / KNL：1 uop，1c延迟，每时钟吞吐量1。
• AMD Ryzen：2 uops，2c延迟，每时钟吞吐量2
• AMD Bulldozer系列/ Jaguar：2 uops，2c延迟，每时钟吞吐量1
• AMD K8 / K10：2 uops，2c延迟，每时钟吞吐量1

资料来源： Agner Fog的指令表和x86优化指南 。 另请参阅x86标记wiki中的其他性能链接。

 toggle: mov rax, rdi btc rax, rsi ret 

（如果你在C中正确地写了toggle ）。

不要将btc与内存操作数一起使用：位串指令具有疯狂的CISC语义，其中位索引不限于由寻址模式选择的双字内。 （所以btc m,r是10 btc m,r Skylake每5c吞吐量一个）。 但是对于寄存器操作数，移位计数与变量计数移位完全相同。

不幸的是，gcc和clang错过了这个窥视孔优化，即使使用-march=haswell或-mtune=intel 。 它甚至可以在AMD上使用，但它在英特尔上的效率更高。

---

重复使用具有多个输入的相同1ULL << bit

在btc比xor慢的AMD CPU上，值得在寄存器中生成掩码并使用xor 。 或者甚至在Intel CPU上，在内存中切换一点也是值得的。 （memory-destination xor比memory-destination btc ）。

对于数组中的多个元素，请使用SSE2 pxor 。 您可以使用以下命令生成蒙版：

 pcmpeqd xmm0, xmm0 ; -1 all bits set psrlq xmm0, 63 ; 1 just a single bit set movd xmm1, esi psllq xmm0, xmm1 ; 1< 

---

我不太明白为什么会有一些东西存在。

所有垃圾都在那里，因为你编译时没有优化，因为你使用了一个有符号的int常量。

---

甚至不值得从-O0代码查看所有溢出/重新加载到内存。 如果你想要的代码不吸引，请使用-O3 -march=native编译。

另请参见如何从GCC /铿锵声组件输出中删除“噪音”？ 和Matt Godbolt的CppCon2017谈话： “我的编译器最近为我做了什么？ 解开编译器的盖子“是一个很好的介绍，看看编译器生成的asm。

---

使用signed int常量1 << bit解释了为什么gcc执行32位移位然后cdqe 。 num ^= 1 << bit; 相当于

 int mask = 1; mask <<= bit; // still signed int num ^= mask; // mask is sign-extended to 64-bit here. 

在gcc -O3输出中，我们得到

  mov edx, 1 sal edx, cl # 1<rax xor rax, rdi 

---

如果我们写核心toggle ：

 uint64_t toggle64(uint64_t num, uint32_t bit) { num ^= 1ULL << bit; return num; } 

（Godbolt编译器资源管理器上的源+ asm）

gcc和clang仍然错过了使用btc ，但这并不可怕。 有趣的是，MSVC确实发现了btc窥视孔，但浪费了MOV指令：

 toggle64 PROC mov eax, edx btc rcx, rax mov rax, rcx ret 0 

使用uint64_t位可以避免额外的MOV。 这是不必要的，因为带有寄存器目的地的btc用& 63屏蔽了索引。 高垃圾不是问题，但MSVC不知道这一点。

gcc和clang发出代码就像你期望的那样，但gcc通过在rdx生成1ULL <并且必须复制到rax来浪费MOV指令。

  ; clang output. mov eax, 1 mov ecx, esi shl rax, cl xor rax, rdi ret